PLC和PID在聯(lián)合站監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

河南工業(yè)貿(mào)易職業(yè)學(xué)院

PLC和PID在聯(lián)合站監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

石玉峰 甄華河南工業(yè)貿(mào)易職業(yè)學(xué)院

為了適應(yīng)油田數(shù)字化建設(shè)的需要，應(yīng)用分布式計算機監(jiān)控系統(tǒng)，采用可編程控制器PLC和PID控制算法，實現(xiàn)聯(lián)合站工藝流程的有機銜接和安全運行。PID控制包括PI控制和PD控制兩種，通常分為閉環(huán)控制系統(tǒng)和開式控制系統(tǒng)，采用周期采樣的方式，實現(xiàn)系統(tǒng)的比例控制、微分控制和積分控制。PID系統(tǒng)通過擺桿反饋位置信號實現(xiàn)同步控制，通過卷徑的變化修正PID前饋量，可使整個系統(tǒng)穩(wěn)定運行。在了解聯(lián)合站操作流程的基礎(chǔ)上，采用結(jié)構(gòu)化的設(shè)計理念，優(yōu)選PLC進行硬件合理配置，選擇適合的通信協(xié)議，實現(xiàn)PLC之間及與WinCC之間的通信；利用PID控制算法編寫軟件，優(yōu)選WinCC組態(tài)軟件進行實時監(jiān)控。

PLC；PID控制算法；聯(lián)臺站；WinCC組態(tài)

注水開發(fā)是原油開采的重要方式，隨含水率逐年增加，為了實現(xiàn)油水高效、快速分離，聯(lián)合站工藝處理過程日益復(fù)雜。伴隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是可編程邏輯控制器的出現(xiàn)，加快了工業(yè)自動化的步伐，為實現(xiàn)工業(yè)智能化發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。聯(lián)合站是重要的油氣分離場所，需要進行復(fù)雜的油水分離處理，為實現(xiàn)聯(lián)合站工藝操作有條不紊的進行和對操作工藝過程的實時監(jiān)控，需要利用PLC[1]可編程邏輯控制器設(shè)計聯(lián)合站監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)聯(lián)合站與控制平臺的有效連接，滿足有效控制操作流程和實時監(jiān)控的設(shè)計目標(biāo)，加快油田數(shù)字化建設(shè)的步伐。

1 可編程邏輯控制器

可編程邏輯控制器（PLC）執(zhí)行面向用戶的指令和控制機械生產(chǎn)過程，可編程邏輯控制器的工作過程分為輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。可編程邏輯控制器[2]使用方便、編程簡單，性能價格比高；硬件配套齊全、適應(yīng)性強，抗干擾能力強；系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少，維修工作量小且維修方便。

通用的應(yīng)用程序適合所有工業(yè)領(lǐng)域的解決方案，在自動化中可進行集成和組態(tài)，在Web的基礎(chǔ)上不斷擴展，簡單方便。WinCC實現(xiàn)生產(chǎn)自動化和過程自動化之間的有機整合，在大量工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用實例中已得到證明。應(yīng)用先進的分布式計算機監(jiān)控系統(tǒng)，采用以太網(wǎng)和PROFIBUS現(xiàn)場總線開放網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的方式，WinCC與網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合實現(xiàn)診斷功能和網(wǎng)絡(luò)管理功能。

可編程控制器在工業(yè)自動化中應(yīng)用廣泛，不僅為工人減輕了負擔(dān)，而且還能提高效率及安全管理水平，使工業(yè)生產(chǎn)更加人性化和智能化。為了適應(yīng)油田數(shù)字化建設(shè)的需要，應(yīng)用分布式計算機監(jiān)控系統(tǒng)，采用可編程控制器PLC和PID控制算法，實現(xiàn)聯(lián)合站工藝流程的有機銜接和安全運行。基于PLC的在線監(jiān)控系統(tǒng)中，為方便調(diào)試和故障診斷采用模塊化方式配置，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)高效、快速傳輸；采用拓撲結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)現(xiàn)場工作的實時監(jiān)控；采用組態(tài)監(jiān)控界面，實現(xiàn)人機交互及利用以太網(wǎng)實現(xiàn)在線數(shù)據(jù)傳輸。PLC控制系統(tǒng)設(shè)計需要最大限度地滿足被控對象的控制要求，保證PLC控制系統(tǒng)安全可靠，力求簡單經(jīng)濟和使用維護方便。合理選擇PLC機型，需要考慮結(jié)構(gòu)合理性、功能適應(yīng)性和是否能在線編程，PLC結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

圖1 PLC結(jié)構(gòu)原理

2 PID在聯(lián)合站監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

PID控制[3]在工業(yè)控制生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，其參數(shù)固定，結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、針對性強及調(diào)整方便，因簡單易懂被廣泛應(yīng)用，但特別要注意比例控制單元的選擇。PID控制包括PI控制和PD控制兩種，通常分為閉環(huán)控制系統(tǒng)和開式控制系統(tǒng)，采用周期采樣的方式，實現(xiàn)系統(tǒng)的比例控制、微分控制和積分控制。PID系統(tǒng)通過擺桿反饋位置信號實現(xiàn)同步控制，通過卷徑的變化修正PID前饋量，可使整個系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

數(shù)字式PID控制算法[4]包括位置型控制算法和增量型控制算法，需要進行模塊化的程序設(shè)計。系統(tǒng)選用模塊化的設(shè)計理念，首先進行功能模塊的程序編寫，然后建立相應(yīng)數(shù)據(jù)塊，最后進行系統(tǒng)調(diào)試和綜合測試。選用西門子S7—300型號的PLC進行軟件設(shè)計，與STEP7接口統(tǒng)一，原有程序和新程序可一起使用，擁有內(nèi)存豐富的軟件工具箱。

聯(lián)合站是油水處理的重要組成部分，在含水率日益增加的今天，聯(lián)合站的工作量非常龐大，需要利用先進的計算機技術(shù)，建立聯(lián)合站監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)油水高效分離[5]。聯(lián)合站工藝流程需具備節(jié)約成本和自動化管理的特點，且在生產(chǎn)過程中能進行調(diào)整與改造。

3 結(jié)論

在了解聯(lián)合站操作流程的基礎(chǔ)上，采用結(jié)構(gòu)化的設(shè)計理念，優(yōu)選PLC進行硬件合理配置，選擇適合的通信協(xié)議，實現(xiàn)PLC之間及與WinCC之間的通信；利用PID控制算法編寫軟件，優(yōu)選WinCC組態(tài)軟件進行實時監(jiān)控。應(yīng)用先進的分布式計算機監(jiān)控系統(tǒng)，采用以太網(wǎng)和PROFIBUS現(xiàn)場總線開放網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的方式，實現(xiàn)故障診斷功能和網(wǎng)絡(luò)管理功能。經(jīng)油田現(xiàn)場實踐可知，在聯(lián)合站生產(chǎn)過程中PID和PLC起著重要的作用，可減少現(xiàn)場工人的工作量，提高工作效率。

[1]鄭瑜平．可編程序控制器[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1995．

[2]謝克明，夏路易．可編程控制器原理與程序設(shè)計[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2002．

[3]付曉光．基于PLC的含油污水處理自動化系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D]．武漢：華中科技大學(xué)，2007．

[4]王建智．基于PLC的采油聯(lián)合站控制系統(tǒng)研究[D]．大慶：大慶石油學(xué)院，2007.

[5]袁任光．可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)與實例[M]．廣州：華南理工大學(xué)出版社，1997.

（欄目主持 關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.11.049